О добыче рения в россии. Рений: применение и свойства

Общие сведения и методы получения

Рений (Re) в периодической системе располагается в VII А группе 6-го длинного периода.

В компактном состоянии имеет серовато-белый цвет, в диспергированном - черный.

Рений был открыт в 1925 г. немецкими химиками супругами Вальтером и Идой Ноддак. Существование этого элемента предсказал в 1872 г. Д. И. Менделеев, который назвал его двимарганцем. Это выдающееся предсказание явилось основой для открытия, сделанного Ноддаками. В. и И. Ноддак впервые обнаружили рений в русской платиновой руде и выделили его в виде легколетучего оксида, предположительно Re 2 0 7 . Открытый металл был назван рением в честь Рейнской области в Германии.

Промышленное получение рения относится к 50-60 гг. нашего столетия. Этот период характеризуется также интенсивным развитием работ по исследованию особенностей физико-химического взаимодействия рения с элементами периодической системы и разработке на этой основе сплавов с рением для различных отраслей техники.

Реиий относится к группе рассеянных элементов. Он, как правило, сопутствует минералам молибдена, меди, свинца, цинка, платины, ниобия и др. Рений характеризуется наименьшим кларком, который равен

примерно ЫО -7 %. Как в нашей стране, так и за рубежом ведется поиск новых источников этого металла. Имеются сообщения об обнаружении рения в урановых рудах и угольных месторождениях. Найден минерал рения - джезказганит, представляющий собой сложный сульфид рения Cu (ReMo) S 4. Установлено присутствие реиия в органических соединениях нефтяного ряда, в нефти, нефтяных битумах и горючих сланцах.

Основными источниками получения рения, имеющими промышленное значение, являются молибденовые концентраты, отходы переработки медистых сланцев, промышленные воды. Рений в виде различных соединений извлекается из пылей обжига молибденовых концентратов, при шахтной плавке медистых сланцев, из сбросных раствором при гидрометаллургической переработке обожженных молибденовых концентратов. В существующих схемах извлечения рения различают две стадии: перевод соединений рения в раствор и их выделение из него. Перевод в раствор соединений рения из ренийсодержащих продуктов осуществляется путем водного выщелачивания с добавлением окислителей, спекания с известью и последующего водного выщелачивания, кислотного или солевого выщелачивания. Из растворов соединения рения извлекаются следующими способами: осаждением малорастворимых соединений (перрената калия KRe 04, сульфида рения Re 2 S 7); сорбцией на ионообменных смолах и угле; экстракцией органическими растворителями.

Способы получения металлического рения: восстановление перреиата калия (аммония) водородом; восстановление двуокиси рения водородом; электролитическое выделение реиия из водных растворов; термическая диссоциация галогенидов и карбонидов рения. Последние два метода используют для получения рениевых покрытий. Чистота получаемых металлических порошков рения достигает 99,99 %.

Для получения рения в компактном виде применяют методы порошковой металлургии, вакуумнодуговую и электроннолучевую плавки. Методами электроннолучевой зонной и плазменнодуговой плавок могут быть выращены монокристаллы реиия.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 75, атомная масса 186,31 а. е. м., атомный объем 8,85*10~ 6 м 3 /моль, атомный радиус 0,137 нм, ионный радиус Re 6 + 0,052 им.

Электронная конфигурация внешних электронных оболочек нейтрального атома рения 5 s 2 p 6 rf 5 6 s 2 ; потенциалы ионизации атома / (эВ): 7,87; 16 ,6; 79; электроотрицательность Re 5+ - 1,8; Re 6 +--2,1 и Re "+ - 2,2.

Кристаллическая решетка-гексагональная плотиоупакованная. Энергия кристаллической решетки 793 мкДж/кмоль. Координационное число - 6; 6.

Химические свойства

Нормальный электродный потенциал реакции Re "- t ?4 * Re < po =-0,4 В. В соединениих проявляет степень окисления от +7 до -1.

Известны следующие оксиды рения: Re 04(Re 2 0 8), Re 20?, Re 0 3 , Re 2 0 5 , Re 0 2 , Re 2 0 3 , ReO (Re 2 0 2) и ИегО. Высшие оксиды имеют кислый характер, низшие - основной. Существование ReCU и RejOj окончательно не установлено. Re 2 07 - высший н наиболее устойчивый оксид рения, полученный нагреванием рения или его оксидов иа воздухе нли в кислороде при температуре выше 200 "С.

Рений не образует карбидов. Существуют лишь комплексные соединения рения с участием углерода, например, карбонил реиий [ Re (CO) 5 ]2, который образуется при взаимодействии окиси углерода и соединений рения (оксид (VII) рения, перренат калия, перреиат аммония) прн 250-270 °С под давлением 34-50 МПа. Бесцветные кристаллы карбо-нила рения растворимы в органических растворителях н могут возгоняться.

Существуют следующие фториды реиия: ReF ?, ReFe , ReFs и ReF «. ReF? получен пропусканием фтора под давлением 3,3-10" Па через рений, нагретый до 300-400 °С, и представляет собой летучий продукт. При 105 °С получается ReFe с температурой плавления 188 °С; при 180 "С представляет собой яркожелтые кристаллы, выше 0°С - лимон-но-желтые, после плавления - желто-бурая жидкость; пары ReFe практически бесцветны. Пяти- и четырехфтористый реиий получают соответственно путем взаимодействия шестнфтористого рения с карбонилом вольфрама и водородом или триоксидом серы.

Хлориды рення: ReCb, ReCl e , ReCl 5 , ReCU, ReCl 3 .

ReCl 5 - коричнево-чериое твердое вещество, очень летучее, с красно-коричневыми парами. При нагревании ReCle диссоциирует на хлор н треххлористый реиий.

Бориды рення: ReBr 3 н ReBr«. Пары ReBr 8 зелено-черного цвета, ReBr« - темиозеленые.

Иодиды рения: Rel 4 , Rel 3 н Rel.

Рений взаимодействует с фосфором при температурах выше 750- 800 °С с образованием следующих фосфидов. ReP 3 , ReP 2 . ReP и Re 2 P. Соединения с серой Re 2 S T , ReS 2 , ReS 3 .

При пропускании аммиака над солями рения NH«ReO« и ReCl 3 при 300-350 °С образуется ReNo,«. Сообщается также о получении соединения КгИе0 3 Ы.

Характерной особенностью взаимодействия рения с металлами IVA - VIA групп является образование в соответствующих двойных системах о-их-фаз (структурный тип a-Mn). В системах с металлами IVA группы (цирконий, гафний) образуются также фазы Лавеса со структурой типа MgZn2. Все эти соединении плавятся инкоигруэитио.

Интересной особенностью гексагонального реиия является его высокая растворимость в металлах VA и VIA групп с о.ц.к. решеткой; например, растворимость рения в ванадии составляет 65 % (ат.), в вольфраме при 1100°С - 32 % (ат.). Растворимость рения в изоморфных а-модификациях титана, цирконии, гафния мала , в то время как в высокотемпературных модификациях этих металлов с о. ц. к. решеткой она достигает 50 % (ат.) (например, в системе с титаном).

С платиновыми металлами (VIII группа) реиий взаимодействует с образованием или непрерывного ряда твердых растворов, или твердых растворов с ограниченной растворимостью. Промежуточных фаз в этих системах не образуется.

Энергичное окисление рения с образованием Re 2 0 r начинается при нагреве его выше 600 "С. При этом строго выполняется линейный закон окисления, что свидетельствует о полном отсутствии защитного действия со стороны образующихся легкоплавких н летучих Re 0 3 и Re 20 7 .

Наиболее устойчивым в агрессивных средах является литой реиий, менее устойчив - металлокерамический; наибольшую активность проявляет рений в порошкообразной форме.

Рений в компактной форме мало растворим в концентрированной соляной, серной и плавиковой кислотах, а также в органических кислотах (щавелевая, уксусная, лимонная). Иитенснвио растворяется рений в азотной кислоте.

При длительной выдержке вступает во взаимодействие со щелочами, особенно в присутствии красной кровяной соли, активно взаимодействует с расплавами щелочей.

Технологические свойства

Реиий, полученный методами порошковой металлургии и вакуумной плавки, характеризуется высокой пластичностью, поэтому его можно обрабатывать вхолодную. Однако даже при малых степенях деформации, не превышающих нескольких процентов, резко возрастают степень наклепа и сопротивление пластической деформации рения; одновременно падает пластичность. В зависимости от степени чистоты максимально допустимая суммарная степень обжатия составляет 30-60%. Поэтому при получении из рения изделий различного профиля методами пластической деформации необходимы частые промежуточные отжиги.

Горячую деформацию рения проводят в вакууме или среде инертных газов, так как на воздухе возникает красноломкость, связанная с высокой окисляемостью реиия и образованием легкоплавкой эвтектики Re - Re 2 0 r (/ В л = 297 °С). Горячая прокатка в вакууме проводится при 1350±50°С. Наряду с прокаткой рения в вакууме его можно прокатывать в защитных оболочках из стали, никеля илн молибдена.

Температура начала рекристаллизации литого рения понижается с увеличением степени деформации с 1750 °С при 5 %-иой деформации до 1200°С для 40-60 %-ной деформации, металлокерамического рении соответственно от 1850 °С при 5%-ной деформации до 1550Х при 30- 50 % деформации.

Области применения

Одна из наиболее перспективных областей применения рения - электронная промышленность. Показана возможность использования реиия в качестве автоэлектронных эмиттеров, обеспечивающих высокие плотности токов эмиссии. Реиневые острия в автокатодах характеризуются значительно большей стабильностью токов эмиссии, меньшим катодным распылением по сравнению с вольфрамовыми остриями.

Сплавы на основе рения с присадками оксидов лентаиа, иттрия, самария, тория и гексаборида лантана являются перспективными материалами для электродов импульсных газоразрядных ламп.

Сплавы рения с вольфрамом, молибденом, никелем (ВАР-5, BP -27ВП, HP -10ВП и др.) иашли применение в качестве подогревателей катодов, кернов оксидных катодов, вводов высокочастотной энергии.

Тоикопленочные резисторы иа основе пленок рения характеризуются высокой стабильностью сопротивления.

Рений и его сплавы с вольфрамом и молибденом широко применяют в качестве термоэлектродов высокотемпературных термопар, предназначенных для измерения температур до 2873 К (термопары ВР5/20, ВР10/20). Рекомендованы также термопары 1г/(1г+60 % Re) и Ir /(Ir + ,"+70% Re). Для работы в углеродсодержагдих средах рекомендуются термопары (Мо+20 % Re)/(Mo +50 % Re) и (Мо+20 % Re)/(Mo + +40 % Re).

Разработаны и применяются в приборостроении упругие элементы в виде проволоки и ленты микронных толщин (торсионы и растяжки) из сплава МР-47ВП [Мо-47 % (по массе) Re ].

Реиий и его сплавы используют в качестне антифрикционных материалов. В частности, реиий и сплавы рения с кобальтом - перспективный материал для подвижных сопряжений, работающих при высоких температурах в вакууме н инертных средах.

Сплавы реиия с вольфрамом и молибденом BP -27ВП [ W -27 %" (по массе) Re ] и МР-47ВП [Мо-47 % (по массе) Re ] могут использоваться и в теизодатчнках, так как характеризуются высокими значения-ми коэффициента тензочувствительности 5,6-5,8 н 4,5-5,2 соответственно, что в 2-3 раза превосходит аналогичные характеристики других материалов, применяемых в тензометрии.

На планете существует большое количество разнообразных металлов, различающихся редкостью и сложностью добычи. Специалисты данной области делят их на две группы: природные и искусственно получаемые в лабораторных условиях. Стоимость некоторых представителей второй группы сильно отличается от стоимости природных металлов, присутствующих на мировом рынке, по причине длительного и трудоемкого процесса их изготовления.
В данном рейтинге представлено 13 самых дорогих металлов в мире.

13-место: Индий – ценный серебристо-белый металл из группы легких металлов, обладающий сильным блеском. Был открыт в 1863 году в Германии в химической лаборатории ученых Фердинанда Рейха и Теодора Рихтера, которые изучали добытые в горах Саксонии цинковые минералы. Он мягкий, легкоплавкий и ковкий, его без труда можно порезать обычным ножом. Самостоятельных месторождений индий не образует и входит в состав руд цинка, свинца, меди и олова. Ежегодно производится несколько сотен тонн данного металла. Благодаря своим уникальным свойствам он нашел широкое применение в микроэлектронике, полупроводниковой технике, машиностроении. Его используют для изготовления зеркал, фотоэлементов, зубных цементов, в качестве уплотнителя и даже в космических технологиях. Цена 1 грамма металла индия равняется 0,5-0,7 долларам.

12-е место: Серебро – известный с давних времен и один из популярнейших драгоценных металлов, встречающийся как в самородном состоянии, так и в виде соединений. Используется для покрытия зеркал, изготовления ювелирных украшений и монет. Он активно применяется в электронике, стоматологии, фотографии, обладает отличной электро- и теплопроводностью. Крупнейшие запасы данного металла сосредоточены в Польше, Китае, Мексике, Чили, Австралии, США и Канаде. Стоимость грамма серебра составляет 0,55-1 у.е.

11-е место: Рутений – яркий серебристый металл, характеризующийся тугоплавкостью, твердостью и хрупкостью одновременно, самый редкий из платиновой группы. Был открыт в 1844 году профессором Карлом Клаусом, занимавшимся исследованиями в Казанском университете. Характеристики рутения делают его востребованным материалом в ювелирном деле, химической и электронной промышленности. Его используют для изготовления лабораторной посуды, контактов, электродов, проводов. В Японии и Западной Европе большое количество рутения идет на производство печатных схем и резисторов, а также для получения хлора и разнообразных щелочей. Данный металл часто используется как катализатор для множества химических реакций. Его производство полностью сосредоточено в ЮАР. Стоимость одного грамма рутения составляет 1,5-2 доллара.

10-е место: Скандий – легкий и высокопрочный металл серебристого цвета с желтым отливом. Впервые элемент был обнаружен в 1879 году шведским химиком Ларсом Нильсоном, который назвал его в честь Скандинавии. Скандий активно применяется в мире высоких и инновационных технологий. Его используют при конструировании роботов, ракет, самолетов, спутников и лазерной техники. Также сплавы данного металла служат в спортивной сфере – для изготовления высококлассного инвентаря, такого как клюшки для гольфа и высокопрочные рамы для . Самые крупные месторождения богатых скандием минералов находятся в Норвегии и на Мадагаскаре. Стоимость одного грамма данного металла равняется 3-4 долларам США.

9-е место: Рений – серебристо-белый металл, относящийся к самым востребованным, труднодоступным и редким элементам в мире. Он очень плотный и имеет третью самую высокую температуру плавления среди всех своих сородичей. Обнаруженный в 1925 году металл используется в электронной и химической промышленности. Высокая плотность позволяет изготовлять из него лопатки турбин, сопла для реактивных двигателей и т.д. Цена на грамм рения колеблется от 2,4 до 5 условных единиц за грамм.

8-е место: Осмий – голубовато-серебристый металл, характеризующийся высокой плотностью и хрупкостью. В чистом виде в недрах его не существует, встречается только в связках с другим металлом из платиновой группы – иридием. Был открыт в 1803 году двумя британскими химиками Смитсоном Теннантом и Уильямом Волластоном. Свое название металл получил от греческого слова osme, что означает “запах”. Осмию действительно присущ довольно резкий и неприятный запах, напоминающий смесь чеснока и хлорки. Добывают данный металл на Урале, в Сибири, Южной Африке, Канаде, США и Колумбии. Используется в основном в химической промышленности в качестве катализатора и в фармакологии. Цена одного грамма осмия на мировом рынке составляет 12-15 долларов.

7-е место: Иридий – тяжелый, твердый и одновременно хрупкий металл серебристо-белого цвета. Мир впервые узнал о нем в 1803 году благодаря британскому химику С. Теннанту, который также открыл вышеупомянутый элемент. Самостоятельно иридий практически нигде не применяется и чаще всего используется для создания сплавов. Он обладает высокой температурой плавления, плотный и выступает в качестве наиболее коррозиестойкого металла. Ювелиры добавляют его к платине, поскольку он делает ее втрое тверже, а украшения из такого сплава практически не изнашиваются и очень красиво выглядят. Также он востребован при изготовлении хирургических инструментов, электроконтактов, точных лабораторных весов. Из него делают кончики для дорогих авторучек. Иридий применяется в аэрокосмической технике, биомедицине, стоматологии, химической промышленности. В течение года мировая металлургия расходует приблизительно одну тонну данного металла. Основное месторождение иридия находится в ЮАР. Его стоимость равняется 16-18 долларам за 1 грамм.

6-е место: Палладий – легкий, гибкий серебристо-белый металл из платиновой группы. Он очень пластичный, легкоплавкий, хорошо полируется, не тускнеет и довольно стоек к коррозии. Был открыт в 1803 году британским химиком Уильямом Волластоном, отделившим незнакомый металл от платиновой руды, которая прибыла из Южной Америки. Сегодня палладий приобретает все большую популярность среди ювелиров, поскольку невысокая цена, доступность и легковесность позволяют дизайнерам создавать из него самые смелые ювелирные творения, относящиеся к различным ценовым категориям и стилям. Платиновый металл широко используется в очистительных устройствах и для антикоррозийных покрытий. Наибольшее количество данного элемента на мировые рынки поступает из России, но крупные месторождения также есть в ЮАР. Стоимость палладия составляет 25-30 у.е. за один грамм.

5-е место: Родий – твердый благородный металл из платиновой группы серебристого цвета, обладающий сильными отражающими свойствами. Он очень твердый, устойчив к воздействию высоких температур и окислению. Был открыт в 1803 году в Англии химиком Уильямом Волластоном в процессе работы с самородной платиной. Родий считается редким элементом – ежегодно добывается около 30 тонн данного металла. Самые крупные месторождения находятся в России, ЮАР, Колумбии и Канаде. Примерно 80 % родия служит катализатором в автомобильной и химической промышленности. Из него изготовляют зеркала и фары для автомобилей, а в ювелирном деле он применяется в ходе конечной обработки изделий. Главное достоинство родия – участие в производстве ядерных реакторов. Стоимость ценного платинового металла колеблется в пределах 30-45 долларов за 1 грамм.

4-е место: Золото – главный драгоценный металл, который в природе встречается исключительно в чистом виде. Оно очень прочно, однородно, устойчиво к коррозии и считается самым ковким. Из-за своей долговечности и пластичности уже много лет золото носит звание самого популярного благородного металла. Широко используется в ювелирной, электронной промышленности, стоматологии. Крупнейшие страны-золотодобытчики – США, Китай, ЮАР, Австралия. Стоимость одного грамма золота на мировом рынке составляет 35-45 у.е.

3-е место: Платина – благородный металл серебристо-белого цвета с особенным блеском, встречающийся в природе только как естественный сплав с другими металлами: благородными и неблагородными. Она приобрела большую популярность благодаря присущей ей пластичности, плотности и отличному виду. Получение данного металла осуществляется в результате сложных химических процессов. Кроме производства ювелирных изделий и монет, платина широко используется в медицинской и электронной промышленности, в аэронавтике, производстве оружия. Крупнейшие страны-добытчики платины - ЮАР, Россия, США, Зимбабве, Канада. Цена одного грамма данного металла колеблется в пределах 40-50 долларов.

2-е место: Осмий-187 – редкий изотоп, процесс добычи которого отличается особой сложностью и занимает около девяти месяцев. Он представляет собой черный мелкокристаллический порошок с фиолетовым оттенком, носящий звание самого плотного вещества на планете. При этом изотоп Осмий-187 очень хрупок, его можно растолочь в обычной ступе на мелкие частички. Он имеет важное научно-исследовательское значение, его используют как катализатор химических реакций, для изготовления измерительных приборов высокой точности и в медицинской отрасли. Казахстан - первое и единственное государство, продающее Осмий-187 на мировом рынке. Рыночная стоимость уникального металла составляет 10 тысяч у.е. за 1 грамм, а в книге рекордов Гиннесса он оценивается в 200 тысяч американских долларов.

1-е место: Калифорний-252 – один из изотопов калифорния, самый дорогой металл в мире, стоимость которого достигает 10 миллионов долларов США за 1 грамм. Его баснословная цена вполне оправдана – ежегодно производится всего 20-40 микрограммов данного элемента, а общий мировой запас составляет не более 8 граммов. Создают калифорний-252 в лабораторных условиях с помощью двух ядерных реакторов, которые находятся в США и России. Впервые данный металл был получен в Калифорнийском Университете в Беркли в 1950 году. Уникальность калифорния кроется не только в его стоимости, но и в его особых свойствах – энергия, вырабатываемая одним граммом изотопа, равняется энергии среднего атомного реактора. Применение самого дорогого металла в мире распространяется на область медицины и научные исследования ядерной физики. Калифорний-252 – мощный источник нейтронов, что позволяет использовать его для обработки злокачественных опухолей, где другая лучевая терапия бездейственна. Уникальный металл позволяет просвечивать части реакторов, детали самолетов, и обнаруживать повреждения, которые обычно тщательно скрываются от рентгеновских лучей. С его помощью удается находить запасы золота, серебра и месторождения нефти в недрах земли.

На фото - калифорний рядом с гвоздем

В конце 20-х годов нашего века крупная зарубежная фирма обратилась к директору одного из заводов цветных металлов в Сибири с выгодным, казалось бы, предложением: продать ей за довольно солидную сумму отвалы пустой породы, скопившиеся около заводской территории.

«Неспроста, должно быть, иностранцы заинтересовались отходами производства», — подумали работники завода. О том, что фирма действовала, как говорится, не корысти ради, а лишь обуреваемая желанием улучшить финансовое положение советского предприятия, разумеется, не могло быть и речи. Значит, нужно было найти, гдв собака зарыта. И заводские химики принялись тщательно исследовать старые отвалы.

А уже вскоре все стало ясно: оказалось, что «пустая» порода содержала редчайший металл рений, открытый за несколько лет до описываемых событий. Поскольку мировое производство рения измерялось в то время буквально граммами, цена на него была поистине фантастической. И немудрено, что представители зарубежной фирмы готовы были раскошелиться, лишь бы заполучить драгоценные отвалы. Но к их великому огорчению сделка по вполне понятным причинам не состоялась.

Что же представляет собой рений и чем был вызван повышенный интерес к нему? Приоритет открытия этого металла принадлежит немецким ученым супругам Иде и Вальтеру Ноддак, однако у них было немало предшественников, стремившихся ускорить торжества по поводу нового элемента.

Дело в том, что еще в 1871 году Д. И. Менделеев предсказал, что в природе «обязаны» существовать два химических аналога марганца, которые в периодической системе должны располагаться под ним, занимая пустовавшие в то время клетки № 43 и 75. Менделеев условно назвал эти элементы эка-марганцем и дви-марганцем.

Претендентов на появившиеся вакансии оказалось более чем достаточно. История химии хранит множество сообщений об открытиях новых элементов, которые после тщательной проверки приходилось «закрывать». Так было и с аналогами марганца. В роли первооткрывателей этих загадочных незнакомцев непрочь были выступить многие химики разных стран, но «открытым» ими элементам (ильмению, дэвию, люцию, ниппонию) суждено было лишь попасть в историю науки, но не заполнить вакансии периодической таблицы.

Правда, один из них — дэвий, открытый в 1877 году русским ученым С. Керном и названный в честь знаменитого английского химика Г. Дэви, давал реакцию, которую в наше время используют в аналитической химии для определения рения. Может быть, Керну и в самом деле довелось держать в руках крупицы темно-серебристого металла, того, что спустя полвека официально появился на свет под названием рений? Но как бы то ни было в клетках № 43 и 75 продолжали торчать унылые вопросительные знаки.

Период неизвестности длился до тех пор, пока в поиски неуловимых элементов не включились немецкие химики Вальтер Ноддак и Ида Такке, которые вскоре, видимо, решили, что работа пойдет успешнее, если они скрепят свой научный союз еще и брачными узами.

Первым объектом их исследований, начатых в 1922 году, стала платиновая руда, однако экспериментировать с ней было довольно накладно, и ученым пришлось переключиться на материалы «попроще». К тому же теоретические работы, которые параллельно с экспериментами вели супруги, убеждали их в том, что, вероятнее всего, искомые элементы № 43 и 75 прячутся в природе в минералах типа колумбитов.

Кроме того, теория позволила ученым рассчитать и приблизительное содержание в земной коре этих не поддающихся открытию элементов: оказалось, что на каждый их атом приходятся миллиарды атомов других представителей химического мира. Стоило ли при этом удивляться, что так долго пустовали «квартиры» № 43 и 75, а их будущие обитатели тем временем водили за нос не одно поколение химиков?

1 Эксперименты супругов Ноддак поражали своим размахом: в течение года они, пользуясь разработанным незадолго до этого рентгеноспектральным методом, «прощупали» 1600 земных минералов и 60 пришельцев из космоса — метеоритов. Титанический труд увенчался успехом: в 1925 году ученые объявили о том, что нашли в колумбите два новых элемента- мазурий (№ 43) и рений (№ 75).

Но объявить об открытии — еще не все. Нужно суметь доказать свою правоту тем, кто поставит под сомнение рождение новых элементов. Одним из таких ученых, усомнившихся в том, что пришла, наконец, пора на место знаков вопроса поставить в таблицу Д. И. Менделеева символы Ма и Re, был известный немецкий химик Вильгельм Прандтль. Крупный теоретик и блестящий экспериментатор, он вступил в ожесточенную дискуссию с супругами Ноддак.

Те, в свою очередь, готовы были любой ценой защищать свой престиж. В конце концов «схватка», за ходом которой с интересом следил научный мир, закончилась вничью: убедительных доказательств в отношении мазурия супруги Ноддак представить не смогли, зато рений к этому моменту существовал уже не только на рентгеноспектрограммах: в 1926 году было выделено 2 миллиграмма нового металла, а спустя год — 120 миллиграммов!

Да и работы других ученых — англичанина Ф. Лоринга, чехов И. Друце, Я. Гейровского и В. Долейжека (они независимо от супругов Ноддак, но лишь на несколько месяцев позже обнаружили элемент № 75 в марганцевых рудах) -свидетельствовали о том, что нашелся истинный владелец соответствующего «апартамента» периодической таблицы.

Рений оказался практически «последним из могикан» — элементов, обнаруженных в природных материалах.

В дальнейшем удалось заполнить еще несколько остававшихся пустыми клеток периодической системы элементов Д. И. Менделеева, но их обитатели были уже получены искусственным путем — с помощью ядерных реакций. Первым среди них суждено было стать бывшему мазурию — элементу № 43, который открывшие его в 1937 году итальянские ученые Э. Сегре и К. Перье назвали технецием (что по-гречески означает «искусственный»).

Но вернемся к рению. Своим именем металл обязан реке Рейн. Рейнская область — родина Иды Ноддак; здесь же и сам рений впервые увидел свет. (Заметим, что ни одной другой реке нашей планеты химики и физики не оказали столь высокой чести.) Промышленное производство нового металла развернулось в начале 30-х годов в Германии, где были найдены молибденовые руды с большим содержанием рения — 100 граммов на тонну.

Всего одна щепотка на гору руды, но для рения и такую концентрацию можно считать необычайно высокой: ведь его среднее содержание в земной коре в десятки тысяч раз ниже. Немного найдется элементов, которые встречаются в природе еще реже, чем рений.

Распространенность химических элементов часто для наглядности изображают в виде пирамиды. Ее широкое основание составляют кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, которыми богата Земля, а рений располагается в «поднебесье» — на самом острие вершины.

Как полагал академик А. Е. Ферсман, для рения характерно «тяготение» к тем зонам земного шара, которые прилегают к его ядру. Возможно, со временем геологи сумеют проникнуть в самые недра нашей планеты и газеты всего мира опубликуют сенсационное сообщение об открытии там богатейшего рениевого месторождения…

В 1930 году мировое производство рения составляло всего… 3 грамма (зато каждый из этих граммов стоил ни мало, ни много — 40 тысяч марок!). Но уже спустя 10 лет только в одной Германии было получено примерно 200 килограммов этого металла.

С тех пор интерес к рению растет как на дрожжах. Он оказался одним из самых тяжелых металлов — чуть ли не в три раза тяжелее железа. Только осмий, иридий и платина по плотности немного превосходят рений. Характерная его черта — необычайная тугоплавкость: по температуре плавления (3180°С) он уступает лишь вольфраму. А температура его кипения настолько высока, что до сих пор ее не удалось определить с большой степенью точности. Можно лишь сказать, что она близка к 6000°С (только вольфрам кипит примерно при такой же температуре).

Еще одно важное свойство этого металла — высокое электросопротивление. Не менее любопытны и химические свойства рения. Ни один другой элемент периодической системы не может похвастать тем, что, подобно рению, имеет восемь различных окислов. Кроме этого «октета» окислов, где валентность рения меняется от 8 до 1, он — единственный среди всех металлов- способен образовать ионы (так называемые «ренид-ионы»), в которых металл отрицательно одновалентен.

Рений весьма устойчив на воздухе: при комнатной температуре его поверхность остается блестящей десятки лет. В этом с ним могут конкурировать, пожалуй, лишь золото, платина и другие представители «благородного семейства». Если оценить все металлы с точки зрения их коррозионной стойкости, то в этой «табели о рангах» рению по праву должно быть предоставлено одно из самых почетных мест. Ведь самые «злые» кислоты — плавиковая, соляная, серная — не в силах с ним справиться, хотя перед азотной кислотой он пасует.

Как видите, свойства рения достаточно разнообразны. Многогранна и его деятельность в современной технике. Пожалуй, наиболее важную роль рений играет в создании различных кислотоупорных и жаропрочных сплавов. Техника XX века предъявляет к конструкционным материалам все более и более жесткие требования.

Возможно, старику Хоттабычу для получения сплава с любыми заданными свойствами понадобилось бы лишь вырвать два-три волоска из своей бороды. Ученым обладающим даром волшебства, приходится тратить на это долгие годы, да и «расход» волос при этом порой бывает значительно выше.

Можно с полным основанием сказать, что с тех пор, как создатели сплавов взяли на вооружение, рений, им удалось добиться немалых успехов. Во всяком случае жаропрочные сплавы этого металла с вольфрамом и танталом уже успели завоевать признание конструкторов. Еще бы: мало какому материалу по плечу сохранять при «адских» температурах — до 3000°С! — ценные механические свойства, а для рениевых сплавов — это не проблема.

Особый интерес металловедов вызывает «рениевый эффект»- благотворное влияние рения на свойства вольфрама и молибдена. Дело в том, что эти тугоплавкие металлы, которые не только не боятся высоких температур, но и стойко переносят при этом значительные нагрузки, в обычных условиях (не говоря даже о легком морозе) ведут себя весьма капризно: они хрупки и от удара могут разлететься на кусочки, как стекло. Но оказалось, что в сочетании с рением вольфрам и молибден образуют прочные сплавы, сохраняющие пластичность даже при низких температурах.

Природа «рениевого эффекта» еще недостаточно изучена. Как полагают ученые, суть его в следующем. В процессе производства в вольфрам и молибден иногда проникает «инфекция» — углерод. Поскольку в твердом состоянии эти металлы совершенно не растворяют углерод, ему ничего не остается, как расположиться в виде тончайших карбидных пленок по границам кристаллов. Именно эти пленки и делают металл хрупким.

У рения же с углеродом иные «взаимоотношения»: если его добавить к вольфраму или молибдену, то ему удается удалить углерод с пограничных участков и перевести в твердый раствор, где тот практически безвреден. Теперь уже для хрупкости у металла нет оснований и он становится вполне пластичным. Вот почему из сплавов вольфрама и молибдена с рением можно изготовить фольгу или проволоку в несколько раз тоньше человеческого волоса.

Для сверхточных навигационных приборов, которыми пользуются космонавты, летчики, моряки, необходимы так называемые торсионы — тончайшие (диаметром всего несколько десятков микрон!), но удивительно прочные металлические нити. Лучшим материалом для них считается молибденорени-евый сплав (50% рения). Оценить его прочность можно по такому факту: проволочка из него сечением в 1 квадратный миллиметр способна выдержать нагрузку в несколько сот килограммов!

Сегодня трудно найти на земле уголок, куда бы не проникло еще электричество. В промышленности и сельском хо-20 зяйстве, на транспорте и в быту постоянно трудится несчетное число электроприборов. Множество приборов — это множество выключателей, множество контактов. При работе выключателя в нем иногда проскакивает крохотная искорка, которую не следует считать безобидной: медленно, но верно она разрушает электрический контакт, а это приводит к непредусмотренной потере электроэнергии.

Какой бы мизерной ни была это потеря, но помноженная на миллиарды контактов, она становится огромной. Особенно важно обеспечить стойкость контактов в тех случаях, когда они работают в условиях повышенной температуры или влажности, где вероятность их разрушения возрастает. Вот почему ученые постоянно ищут все более стойкие — прочные и тугоплавкие — материалы для изготовления контактов.

Долгое время для этой цели не без успеха применяли вольфрам. Когда же стали известны характеристики рения, выяснилось, что рениевые контакты лучше вольфрамовых. Так, например, вольфрамовые контакты выдерживали совместное «наступление» тропической коррозии и вибрации лишь несколько суток, а затем полностью выходили из строя; рениевые же контакты успешно работают в таких условиях месяцы и даже годы.

Но где же напастись столько рения, чтобы удовлетворить им электротехническую промышленность? Опыты показали, что вовсе не обязательно делать контакт из чистого рения. Достаточно добавить к вольфраму немного этого металла, и эффект будет почти тот же. Зато расходы рения сократятся во много раз: одного килограмма его хватает на десятки тысяч контактов.

Один из вольфраморениевых сплавов, выпускаемый нашей промышленностью, уже нашел применение более чем в 50 электровакуумных приборах. Использование этого материала в катодном узле электроннолучевой трубки повысило его долговечность до 16 тысяч часов. Это значит, что если экран телевизора светится в наших домах в среднем по четыре часа в день, то его катодный узел сможет безупречно работать не менее 12 лет.

Замечательные свойства продемонстрировали и другие сплавы рения — с ниобием, никелем, хромом, палладием. Даже небольшие добавки рения повышают, например, температуру плавления хромоникелевого сплава примерно на 200-250 градусов.

Широким диапазоном свойств рениевых сплавов объясняется и многообразие сфер их применения: от высокочувствительных термопар, не боящихся жарких объятий расплавленной стали, до кончиков вечных перьев, опор компасных стрелок и других деталей, которые должны долгое время сохранять большую твердость, прочность, износостойкость.

Число сплавов рения с другими металлами постоянно растет, причем сегодня в подборе «партнеров» для него значительную помощь металловедам оказывает электронная вычислительная техника. С помощью1 ЭВМ уже предсказаны свойства многих двойных сплавов рения.

Для борьбы с коррозией — вечным врагом металла — ученые разработали немало способов. Хромирование, никелирование, цинкование взяты на вооружение много лет назад, а вот ренирование — процесс сравнительно новый. Тончайшие рениевые покрытия по стойкости не знают себе равных. Они надежно защищают детали от действия кислот, щелочей, морской воды, сернистых соединений и многих других опасных для металла веществ.

Цистерны и баки, изготовленные из ренированных стальных листов, применяют, например, для перевозки соляной кислоты.

Ренирование позволяет в несколько раз продлить срок службы вольфрамовых нитей в электролампах, электронных трубках, электровакуумных приборах. После откачки воздуха в баллоне электролампы неизбежно остаются следы кислорода и водяных паров; они же всегда присутствуют и в газонаполненных лампах.

На вольфрам эти непрошеные гости действуют разрушающе, но если покрыть нити рениевой «рубашкой», то водород и пары воды уже не в силах причинить вольфраму вред. При этом расход рения совсем невелик: из одного грамма можно получить сотни метров ренированной вольфрамовой нити.

Новая, но очень важная область применения рения — катализ. Металлический рений, а также многие его сплавы и соединения (окислы, сульфиды, перренаты) оказались отличными катализаторами различных процессов — окисления аммиака и метана, превращения этилена в этан, получения альдегидов и кетонов из спиртов, крекинга нефти.

Самый многообещающий катализатор — порошкообразный рений, способный поглощать большие количества водорода и других газов. По мнению специалистов, в ближайшие годы на катализацион-ные «нужды» будет расходоваться половина рения, добываемого во всем мире.

Как вы убедились, «безработица» рению не грозит. Однако шлагбаумами на пути широкого использования его в технике оказались редкость и рассеянность этого элемента в природе. В земной коре золота, например, содержится в пять раз больше, чем рения, серебра-в сто раз, вольфрама — в тысячу, марганца — почти в миллион, а железа — в 50 миллионов раз больше. О чрезвычайной рассеянности рения говорит тот факт, что этот элемент не имеет собственных месторождений.

Практически единственный минерал, который можно назвать рениевым, -джезказганит (он найден вблизи казахского города Джезказган). Обычно же рений встречается в качестве примеси, например, в молибдените (до 1,88%), колумбите, колчедане и других минералах. Рения в них очень мало — всего от миллиграммов до нескольких граммов на тонну.

Стоит ли удивляться, что супругам Ноддак, чтобы получить первый грамм сравнительно чистого металлического рения, пришлось переработать более 600 килограммов норвежского молибденита. По подсчетам специалистов, рениевые запасы всех месторождений капиталистических стран оцениваются всего в тысячу тонн.

Еще один крупный «недостаток» рения-его высокая стоимость: он значительно дороже золота. Тем не менее спрос на этот металл все время растет, особенно в последние годы, когда им заинтересовались творцы ракетной техники.

До недавнего времени рений в нашей стране получали только из медного и молибденового сырья. В конце 70-х годов ученые Института металлургии и обогащения АН Казахской ССР создали технологию извлечения этого ценнейшего металла из полупродуктов свинцового производства. В основе новой технологии лежат ионообменные процессы, позволяющие получать очень чистый металл, обладающий высокими физико-химическими свойствами.

…В 1960 году в Институт металлургии имени А. А. Бай-кова Академии наук СССР приехали иностранные гости. Казалось бы, для работников института, имеющего мировое значение, в этом факте не было ничего примечательного — здесь привыкли к визитам зарубежных коллег любого ранга. Однако гости, о которых идет речь, — убеленная сединами супружеская пара — вызывали особое уважение: это были приехавшие в Москву супруги Ноддак.

Долго ходили они по комнатам лаборатории редких и тугоплавких металлов и сплавов. Их интерес был понятен: ученые лаборатории под руководством члена-корреспондента Академии наук СССР Е. М. Савицкого уже несколько лет занимались исследованием рения и сумели получить весьма важные результаты. Замечательному металлу предстояло в стенах института раскрыть новые грани своего дарования, обрести новые профессии, и, конечно же, супругов Ноддак не могла не волновать дальнейшая судьба их детища.

Доктор геолого-минералогических наук А. КРЕМЕНЕЦКИЙ

Осенью этого года ученые московского Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов начали уникальный технологический эксперимент. Впервые в мире на вершине действующего вулкана Кудрявый на острове Итуруп они размещают опытно-промышленную установку для получения стратегически важного редкого металла рения прямо из вулканического газа. Если эксперимент удастся, вулканическое месторождение сможет обеспечить потребности российской промышленности в рении полностью.

ЗАЧЕМ РОССИИ НУЖЕН РЕНИЙ?

Кратер вулкана Кудрявый.

Над фумарольными полями вулкана Кудрявый всегда курится дымок.

Динамика потребления рения в США.

Заглянув в кратер, вы увидите раскаленную ярко-красную лаву.

Распределение запасов рения в бывших союзных республиках (1992 год).

Вдыхать вулканические газы опасно.

Итуруп расположен в южной части Курильских островов. Вулкан Кудрявый - один из вулканов на северной оконечности острова. В его вулканических газах обнаружено высокое содержание редкого металла - рения (Re).

Технологическая схема процесса концентрирования рения на фумарольных полях вулкана Кудрявый.

Редкие металлы потому и названы так, что содержание их в земной коре невелико. На сегодняшний день ученым известно около 40 различных редких элементов. Часть из них образуют собственные минералы. Другая часть - рассеянные редкие металлы. Они не формируют собственных месторождений, а присутствуют в виде примесей в других рудах: германий - в углях, висмут - в медных рудах, галлий - в бокситах и т. д.

Рений - редкий металл, который до последнего времени считался рассеянным. В природе он встречается в основном в виде примесей в молибдените. А минералы рения (к примеру, джезказганит) настолько редки, что представляют собой не промышленную, а научную ценность.

Рений - металл высоких технологий. Высокопрочные суперсплавы для космической и авиационной техники, содержащие от 4 до 10% рения, выдерживают температуры до 2000 градусов и более без потери прочности. Из них изготавливаются корпуса и лопасти турбин, сопла двигателей ракет и самолетов. Кроме того, рений используется в нефтехимической промышленности - в биметаллических катализато рах при крекинге и риформинге нефти. Он применяется в электронике и электротехнике (термопары, антикатоды, полупроводники, электронные трубки и т. д.). Особенно широко в этой отрасли промышлен ности использует рений Япония (65-75% своего потребления).

Мировая потребность в редких металлах обычно меняется скачкообразно. Интерес к ним не постоянный, а пульсирующий. Он зависит от внедрения в производство новых высокотехнологичных сплавов с различными добавками. Сегодня в такие сплавы требуется добавлять какой-либо редкий металл, а завтра, может быть, ему найдут замену, и потребность в нем отпадет практически полностью. Что касается рения, еще лет десять назад он использовался редко. За период 1925-1967 годов мировая промышлен ность израсходовала всего 4,5 тонны рения. А сегодня только потребность Соединенных Штатов составляет около 30 тонн в год. На США приходится более 50% мирового потребления рения, причем за последние пять лет спрос на этот редкий металл увеличился в 3,6 раза.

Рений - дорогой металл. Стоимость неочищенного сырья (перринат калия) составляет около 800 долларов за килограмм. Килограмм очищенного рения на мировом рынке стоит не менее 1500 долларов. Высокочистый рений стоит и того дороже - до 900 долларов за грамм. Раньше рений получали исключительно как побочный продукт производства меди и молибдена. В обоих случаях при обжиге медного или молибденового концентрата рений в виде оксида вылетает из печных труб. Летучий оксид рения пропускают на выходе из трубы через серную кислоту, а из полученного в результате химической реакции перрината калия выделяют чистый рений.

В СССР основным потребителем рения и его соединений была Россия (около 70% суммарного потребления), а производителем - Казахстан (более 70% суммарного производства). По запасам рения Казахстан занимает второе место в мире после США. В 1990 году Советский Союз использовал порядка 10 тонн рения, из которых 70% - в авиации, 5% - в нефтехимии, 5% - в электронике и 20% - в других отраслях. После развала союзного государства потребление рения резко снизилось и составило всего лишь около 1,5 тонны в год (1994 год). Сейчас оно немного возросло - до 2-2,5 тонны в год, но в России рения производит ся всего лишь сотни килограммов... А российской промышленности требуется не менее 5 тонн рения в год.

В Советском Союзе было три значительных месторождения, где получали рений: медистые песчаники Джезказганского месторождения в Казахстане и медно-молибденовые месторождения в Узбекистане и Армении. Его также добывали в дружественной нам Монголии, на крупнейшем в мире медно-молибденовом месторождении Эрдэнет. Волею судеб все оказались теперь в ближнем зарубежье. В России остались три мелких месторождения в Читинской области и на Кавказе. Они нерентабельны - их разработка затратна. Поэтому в любой развитой капиталистической стране никто из предпринимателей и не взялся бы за их освоение. Да и в нашей стране с переходом к рыночной экономике эти месторождения не разрабатываются совсем. Так что сырьевая рениевая база России сейчас на нуле.

Итак, разрабатывать бедные месторождения просто невыгодно. Америка решает проблему добычи рения, инвестируя разработки богатых месторождений в странах третьего мира. Для нас этот путь пока невозможен - нет денег.

Можно договариваться с бывшими соотечественниками из Узбекистана и Казахстана и получать рений в порядке обмена на другие товары. Конечно, можно и просто купить импортное рениевое сырье. Но все же, если мы хотим сохранить нашу страну как великую державу, хотим отстоять свою экономическую независимость, стратегические виды сырья неплохо бы было иметь у себя дома. Тогда никто не сможет диктовать нам ни политические, ни экономические условия. А рений на сегодняшний день металл, имеющий стратегическое значение. И получать рений нам надо бы у нас в стране и желательно без привлечения иностранного капитала. МЕСТОРОЖДЕНИЕ В КРАТЕРЕ

К началу 90-х годов сырьевые ресурсы рения в России были практически исчерпаны. А по данным опроса российских потребителей, к 2005 году можно ожидать увеличение потребности России в рении до 10 тонн в год. Положение сложилось практически безвыходное, но нашей стране удивительно повезло. Именно в 1992 году удача улыбнулась геологам - они нашли рений на территории России и не в виде примесей в других минералах, а уникальное единственное известное в мире скопление минерала рения!

Рений в виде минерала обнаружен нашими учеными почти случайно. На Сахалине в городе Южно-Сахалинске есть Институт вулканологии и геодинамики Российской академии естественных наук. Директор его - Генрих Семенович Штейнберг уже много лет организует научные геологические экспедиции с участием ученых из Новосибирска, Москвы, Иркутска и других городов. И вот во время такой экспедиции в 1992 году сотрудники Института экспериментальной минералогии (он находится в городе Черноголовка, под Москвой) и Института геологии рудных месторождений (Москва) вели режимное наблюдение на вулканах Южнокурильской гряды и на вершине вулкана Кудрявый на острове Итуруп в местах выхода вулканического газа нашли новый минерал - рениит. Внешне он напоминал обычный молибденит, а оказался сульфидом рения. Содержание рения в нем достигает 80%. Это было почти чудо - заявка на возможность промышлен ного использования рениита для получения рения.

Вулкан Кудрявый высотой 986 метров - вулкан так называемого гавайского типа. В отличие от взрывающихся газовых вулканов он тихо тлеет. И в темную ночь, заглянув в кратер, вы можете увидеть в глубине раскаленную ярко-красную лаву. Иногда лава прорывается на поверхность и растекается по склонам. Правда, Кудрявый последние сто лет ведет себя спокойно - видимо, хорошо продувается газами, поэтому лава не выплескивается наружу. Поверхность кратера вулкана Кудрявый имеет размеры 200х400 метров. На кратере Кудрявого находятся шесть фумарольных полей - площадок размером 30х40 метров с большим количеством мест выхода газа. Над ними всегда курится желтоватый дымок.

Ученые задумались, откуда мог взяться сульфид рения на вершине вулкана, и пришли к выводу, что он кристаллизуется в виде иголочек прямо из вулканического газа. Из шести имеющихся фумарольных полей четыре - высокотемпературные. Вулканические газы в них имеют температуру от 500 до 940 градусов по Цельсию. И только на таких "горячих" полях и образуется новый минерал рения. Там, где холоднее, рениита намного меньше, а при температуре ниже 200 градусов он практически отсутствует. В этом и заключается уникальность вулкана Кудрявый: ведь вулканические газы, выходящие на поверхность на фумарольных полях других вулканов, гораздо менее горячие.

Исключение составляет единственный вулкан Килауэа, который находится на Гаваях. Его газы тоже имеют высокую температуру, но, правда, содержание рения в них в два раза ниже, чем в газовых выбросах вулкана Кудрявый. Да и уловить газы на Килауэа практически невозможно - гавайский вулкан постоянно извергает потоки раскаленной лавы. Так что Россия обладает уникальным вулканом, и не воспользоваться этим обстоятельством просто грешно.

Штейнберг и его сотрудники подсчитали, сколько сульфида рения накопилось на вулкане за сто лет "работы" в стационарном режиме. Оказалось, что не так уж и много - 10-15 тонн. Этого России хватило бы на год-полтора.

Пять лет назад наш институт тоже подключился к исследованиям, проводимым на вулкане Кудрявый. Поскольку в самом минерале, образовавшемся на поверхности кратера, рения для его промышленной добычи оказалось недостаточно, мы решили проверить содержание этого металла в вулканических газах. С помощью специально сконструированных приборов было установлено, что рения там содержится около одного грамма на тонну. А только лишь за одни сутки вулкан выбрасывает в атмосферу около 50 тысяч тонн газов. Это - 20 тонн рения ежегодно. А за сто лет "в трубу" вылетело более 2000 тонн рения, который рассеялся по планете.

Ученые также обнаружили, что в вулканических газах содержится не только рений, а еще по меньшей мере десяток редких сопутствующих элементов: германий, висмут, индий, молибден, золото, серебро и другие металлы. РЕНИЙ МОЖНО ДОБЫВАТЬ ПРЯМО ИЗ ВУЛКАНИЧЕСКОГО ГАЗА

Итак, за последние сто лет Кудрявый выбросил с высокотемпературными вулканическими газами в земную атмосферу сотни тонн рения. Его кратер - своего рода печная труба завода по переработке молибденита. Но на таких заводах рений и другие рассеянные редкие металлы "в трубу" не вылетают, их улавливают специальными фильтрующими устройствами, концентрируют и получают компоненты высокотехнологичных сплавов.

Поэтому сотрудникам нашего института пришла в голову вполне здравая идея о постройке установки для улавливания рения и других редких металлов прямо на вулкане - на этой трубе природного происхождения. Мысль сама по себе достаточно крамольная хотя бы потому, что до сих пор на вулканах добывали только серу. Например, на самом острове Итуруп до 1942 года японцы разрабатывали вулканические серные месторождения. Сохранились остатки железных дорог, канатная дорога. Сейчас пришла пора и россиянам воспользоваться богатством недр этой земли.

Мы разработали и в 1999 году запатентовали технологию извлечения рения, попытавшись сымитировать природный процесс осаждения сульфида рения в местах выхода высокотемпературных вулканических газов. На пути газа мы решили поставить улавливатели, на которых сульфид рения осаждался бы в виде тоненьких иголочек, как на вулканическом кратере.

В качестве носителей, адсорбирующих на себя сульфид рения, мы использовали природные цеолиты. Эти алюмосиликаты имеют одну особенность - они очень пористые. Их внутренняя адсорбирующая поверхность - около 2 квадратных метров на 1 грамм цеолита. Крупное месторождение цеолитов есть на Сахалине (Лютогорское месторождение), с которого мы и собираемся доставлять цеолиты на вулкан Кудрявый.

Технология оказалась простой - гораздо проще, чем для традиционного способа извлечения рения из молибденовой руды. Кроме того, было подсчитано, что такой способ намного дешевле рудного.

Министерство природных ресурсов РФ, понимая стратегическую значимость рения, все годы финансировало наши пионерские работы на вулкане Кудрявый. Когда исследовательские работы были в целом завершены, министерство выделило специальные ассигнования нашему институту на проектирование и создание пилотной установки для проведения промышленных испытаний на вулкане.

И вот в 2000 году мы собрали деревянную пирамиду с площадью основания около 9 квадратных метров. Этот деревянный купол должен покрыть одно из небольших фумарольных полей. Из вершины пирамиды в сторону будет отведена десятиметровая труба. Газ из вулкана выходит под очень низким давлением, явно недостаточным для прокачивания через улавливатели. Для создания "напора" вулканического газа в конце трубы планируется поставить вентилятор-дымосос. Дальше газ пройдет через емкость со 100 килограммами цеолита. Цеолит будет промываться серной кислотой, которую тоже можно получать прямо на месте из чистой вулканической серы. Этот сернокислый раствор, содержащий рений, затем нужно будет прогнать через ионообменную смолу. За месяц мы надеемся получить килограмм калиевой соли рениевой кислоты, а из нее можно выделить 500-700 граммов чистого рения. Опытно-промышленная установка предусматривает сезонную работу с годовым объемом добычи рения около 280 килограммов.

Если все у нас получится, то недропользователи не заставят себя ждать. Проектом заинтересо вался ряд институтов авиационной промышленности, правительство Москвы.

Конечно, в промышленных условиях купол будет гораздо больше. И не деревянный, а бетонный. На это нужны средства и немалые. Ведь в основном все необходимое оборудование и сырье придется доставлять вертолетами. Но все же за два года наладить производство - вполне реально. И за два года работы промышленная установка себя окупит за счет высокой стоимости конечного продукта. А потом можно рассчитывать и на прибыль. Неплохо было бы выйти с дешевым рениевым сырьем и на мировой рынок. Но все это - дело будущего.

Вулкан Кудрявый разрушил научный стереотип - опроверг общепринятую точку зрения, что рений встречается в природе только в рассеянном виде. Вулканическое месторождение создало прецедент для геологов всего мира - стало ясно: такое возможно. И вполне может оказаться, что вулкан на Итурупе не одинок. На земном шаре есть неизученные вулканы и не исключено - рений где-нибудь удастся найти. Главное - ученым теперь понятно: такие месторождения существуют. И ясен принцип поиска - нужно искать высокотемпературные вулканические газы.

Для большинства наших ученых уже нет сомнений, что извлечение рения на вулкане Кудрявый целесообразно. Ресурсы рения на нем достаточны для обеспечения внутрироссийской потребности, они превышают оборот этого элемента на всех действующих предприятиях России. Помимо рения из газовых выбросов можно извлечь висмут, индий, германий, серебро, золото, а также селен. Остается засучить рукава. Лишь бы только уникальное вулканическое месторождение на острове Итуруп не оказалось тоже в зарубежье, но не в ближнем, а в дальнем. Доктор геолого-минералогических наук А. КРЕМЕНЕЦКИЙ, заместитель директора Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) Министерства природных ресурсов и РАН.
Записала О. БЕЛОКОНЕВА.

Рений - химический элемент с атомным номером 75 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Re (лат. Rhenium).

Атомный номер - 75

Атомная масса - 186,21

Плотность, кг/м³ - 21000

Температура плавления, °С - 3180

Теплоемкость, кДж/(кг·°С) - 0,138

Электроотрицательность - 1,9

Ковалентный радиус, Å - 1,28

1-й ионизац. потенциал, эв - 7,87

История открытия рения

История элемента №75, подобно истории многих других элементов, начинается с 1869 г., года открытия периодического закона.

Недостающие элементы VII группы Менделеев называл «экамарганцем» и «двимарганцем» (от санскритских «эка» – один и «дви» – два). Правда, в отличие от экабора (скандия), экаалюминия (галлия) и экасилиция (германия), эти элементы не были описаны подробно. Впрочем, сообщений, авторы которых претендовали на открытие двимарганца, вскоре появилось довольно много. Так, в 1877 г. русский ученый С. Керн сообщил об открытии элемента дэвия, который мог бы занять место двимарганца в менделеевской таблице. Сообщение Керна не приняли всерьез, потому что повторить его опыты не удалось. Однако открытая Керном качественная реакция на этот элемент (через роданидный комплекс) остается основой аналитического метода определения рения...

Систематические поиски неоткрытых аналогов марганца начали в 1922 г. немецкие химики Вальтер Ноддак и Ида Такке, ставшая позже супругой Ноддака. Они отлично представляли себе, что найти элемент №75 будет нелегко: в природе элементы с нечетными атомными номерами распространены всегда меньше, чем их соседи слева и справа. А здесь и четные соседи – элементы №74 и 76, вольфрам и осмий, – достаточно редки. Распространенность осмия составляет величину порядка 10 –6 %, поэтому для элемента №75 следовало ожидать величины еще меньшей, примерно 10 –7 %. Так, кстати, и оказалось... Первоначально для поисков нового элемента были избраны платиновые руды, а также редкоземельные минералы – колумбит, гадолинит. От платиновых руд вскоре пришлось отказаться – они были слишком дороги. Все внимание исследователи – супруги Ноддак и их помощник Берг – сосредоточили на более доступных минералах, и им пришлось проделать поистине титаническую работу. Выделение препаратов нового элемента в количестве, доступном для рентгеноскопического исследования, потребовало многократного повторения однообразных и долгих операций: растворение, выпаривание, выщелачивание, перекристаллизация. В общей сложности за три года было переработано более 1600 образцов. Лишь после этого в рентгеновском спектре одной из фракций колумбита были обнаружены пять новых линий, принадлежащих элементу №75. Новый элемент назвали рением – в честь Рейнской провинции, родины Иды Ноддак.

5 сентября 1925 г. в собрании немецких химиков в Нюрнберге Ида Ноддак сообщила об открытии рения. В следующем году та же группа ученых выделила из минерала молибденита MoS 2 первые 2 мг рения.

Через несколько месяцев после этого открытия чешский химик Друце н англичанин Лоринг сообщили о том, что они обнаружили элемент №75 в марганцевом минерале пиролюзите MnO 2 . Таким образом, число ученых, открывших рений, увеличилось до пяти. Позже почетный член Чехословацкой академии наук И. Друце не раз писал, что, кроме них с Лорингом, супругов Ноддак и Берга, честь открытия рения должны бы разделить еще два ученых – Гейровский и Долейжек.

Содержание рения в земной коре

Рений - один из редчайших элементов земной коры. Его кларковое число - 10 −3 г/т. По геохимическим свойствам он схож со своими гораздо более распространёнными соседями по периодической системе - молибденом и вольфрамом. Поэтому в виде малых примесей он входит в минералы этих элементов. Основным источником рения служат молибденовые руды некоторых месторождений, где его извлекают как попутный компонент.

Рений встречается в виде редкого минерала джезказганит (CuReS 4), найденного вблизи казахского города Джезказган. Кроме того, в качестве примеси рений входит в колумбит, колчедан, а также в циркон и минералы редкоземельных элементов.

О чрезвычайной рассеянности рения говорит тот факт, что известно только одно экономически выгодное месторождение рения, находящееся в России: запасы в нём составляют около 10-15 тонн. Это месторождение было открыто в 1992 году на вулкане Кудрявый, остров Итуруп, Южно-Курильские острова. Месторождение представлено фумарольным полем с постоянно действующими источниками высокотемпературных глубинных флюидов - фумаролами. Это означает, что месторождение активно формируется по сегодняшний день. Рений находится здесь в форме минерала рениит ReS 2 , со структурой, аналогичной молибдениту.

Физические свойства рения

Рений - четвёртый в списке элементов с наибольшей плотностью в твёрдом состоянии.

Рений кристаллизуется в гексагональной плотноупакованной решетке (а = 2,760 Å, с = 4,458 Å). Атомный радиус 1,373 Å, ионный радиус Re7+ 0,56 Å. Рений - тугоплавкий тяжёлый металл, по внешнему виду напоминает сталь. Плотность 21,03 г/см3; tпл 3180°С, tкип 5900 °С. Порошок металла - чёрного или темно-серого цвета в зависимости от дисперсности. По ряду физических свойств рений приближается к тугоплавким металлам VI группы (молибден, вольфрам), а также к металлам платиновой группы. Чистый металл пластичен при комнатной температуре, но вследствие высокого модуля упругости после обработки твёрдость рения сильно возрастает из-за наклёпа. Для восстановления пластичности его отжигают в водороде, инертном газе или вакууме. По температуре плавления рений занимает второе место среди металлов, уступая лишь вольфраму, а по плотности - четвёртое (после осмия, иридия и платины). Удельная теплоемкость 153 дж/(кг·К), или 0,03653 кал/(г·град) (0-1200 °С). Термический коэффициент линейного расширения 6,7·10-6 (20-500 °С). Удельное объемное электрическое сопротивление 19,3·10-6 ом·см (20 °С). Температура перехода в состояние сверхпроводимости 1,699 К; работа выхода 4,80 эв, парамагнитен.

По тугоплавкости Рений уступает лишь вольфраму. В отличие от вольфрама, Рений пластичен в литом и рекристаллизованном состоянии и деформируется на холоду. Модуль упругости Рения 470 Гн/м2, или 47 000 кгс/мм2 (выше, чем у других металлов, за исключением Os и Ir). Это обусловливает высокое сопротивление деформации и быстрый наклеп при обработке давлением. Рений отличается высокой длительной прочностью при температурах 1000-2000 °С.

Рений выдерживает многократные нагревы и охлаждения без потери прочности. Его прочность при температуре до 1200 °C выше, чем вольфрама, и значительно превосходит прочность молибдена. Удельное электросопротивление рения в четыре раза больше, чем у вольфрама и молибдена.

Химические свойства рения

Компактный рений устойчив на воздухе при обычных температурах. При температурах выше 300°C наблюдается окисление металла, интенсивно окисление идет при температурах выше 600°C. Рений более устойчив к окислению, чем вольфрам, не реагирует непосредственно с азотом и водородом; порошок рения лишь адсорбирует водород. При нагревании рений взаимодействует с фтором, хлором и бромом. Рений почти не растворим в соляной и плавиковой кислотах и лишь слабо реагирует с серной кислотой даже при нагревании, но легко растворяется в азотной кислоте. Со ртутью рений образует амальгаму.

Рений взаимодействует с водными растворами пероксида водорода с образованием рениевой кислоты.

У атома Re семь внешних электронов; конфигурация высших энергетических уровней 5d56s2. На воздухе при обычной температуре Рений устойчив. Окисление металла с образованием оксидов (ReO3, Re2O7) наблюдается начиная с 300 °С и интенсивно протекает выше 600 °С. С водородом Рений не реагирует вплоть до температуры плавления. С азотом не взаимодействует вообще. Рений, в отличие от других тугоплавких металлов, не образует карбидов. Фтор и хлор реагируют с Рением при нагревании с образованием ReF6 и ReCl5, с бромом и иодом металл непосредственно не взаимодействует. Пары серы при 700-800 °С дают с Рением сульфид ReS2.

Рений не корродирует в соляной и плавиковой кислотах любых концентраций на холоду и при нагревании до 100 °С. В азотной кислоте, горячей концентрированной серной кислоте, в пероксиде водорода металл растворяется с образованием рениевой кислоты. В растворах щелочей при нагревании Рений медленно корродирует, расплавленные щелочи растворяют его быстро.

Для Рения известны все валентные состояния от +7 до -1, что обусловливает многочисленность и разнообразие его соединений. Наиболее устойчивы соединения семивалентного Рения. Рениевый ангидрид ReО7 - светло-желтое вещество, хорошо растворимое в воде. Рениевая кислота HReO4 - бесцветная, сильная; сравнительно слабый окислитель (в отличие от марганцевой HMnO4). При взаимодействии HReO4 с щелочами, оксидами или карбонатами металлов образуются ее соли - перренаты. Соединения иных степеней окисления Рения - оранжево-красный оксид (VI) RеО3, темно-коричневый оксид (IV) ReO2, легколетучие хлориды и оксихлориды ReCl5, ReOCl4, ReO3Cl и другие.

Технология получения рения

Рений получают при переработке сырья с очень низким содержанием целевого компонента (в основном это медное и молибденовое сульфидное сырье).

Переработка сульфидного ренийсодержащего медного и молибденового сырья основана на пирометаллургических процессах (плавка, конвертирование, окислительные обжиг). В условиях высоких температур рений возгоняется в виде высшего оксида Re 2 O 7 , который затем задерживается в системах пылегазоулавливания.

В случае неполной возгонки рения при обжиге молибденитовых концентратов, часть его остается в огарке и затем переходит в аммиачные или содовые растворы выщелачивания огарков. Таким образом, источниками получения рения при переработке молибденитовых концентратов могут служить сернокислотные растворы мокрых систем пылеулавливания и маточные растворы после гидрометаллургической переработки огарков.

При плавке медных концентратов с газами уносится 56-60 % рения. Невозогнавшийся рений целиком переходит в штейн. При конвертировании последнего содержащийся в нем рений удаляется с газами. Если печные и конверторные газы используют для производства серной кислоты, то рений концентрируется в промывной циркуляционной серной кислоте электрофильтров в виде рениевой кислоты. Таким образом, промывная серная кислота служит основным источником получения рения при переработке медных концентратов.

Основные методы выделения из растворов и очистки рения - экстракционные и сорбционные.

Мировая добыча рения

Мировая добыча рения в 2006 году составила около 40 тонн.

Рений - дорогой металл: килограмм рения стоит около 1000$. Высокочистый рений ещё дороже.

Сырьевые источники и запасы рения

По запасам рения на первом месте в мире США, на втором месте Казахстан.

Общие мировые запасы рения составляют около 13000 тонн, в том числе 3500 тонн в молибденовом сырье и 9500 т - в медном. При перспективном уровне потребления рения в количестве 40-50 тонн в год человечеству этого металла может хватить еще на 250-300 лет. Приведенная цифра носит оценочный характер без учета степени повторного использования металла. В 2002 г. экспорт рения из Чили составил 20,57 т, или 58 % мирового производства рения. Производит рений в Чили фирма «Molybdenos у Меtales SA». Рений получают в форме брикетов, гранул или порошка. Вторым в мире по объему производства рения является Жезказганский горно-металлургический комбинат в Казахстане: он производит 8,5 т рения в год. В Узбекистане, на урановом руднике в Навоийской области в год получают 500-1000 кг
рения. В
США рений производит фирма «Phelps Dodge» как побочный продукт обогащения медно-молибденовой руды месторождения Sierrita. В год здесь производится около 4 т рения.

Запасы рения в виде рениита на острове Итуруп оцениваются в 10-15 тонн, в виде вулканических газов - до 20 тонн в год.

В практическом отношении важнейшими сырьевыми источниками получения первичного рения в промышленном масштабе являются молибденовые и медные сульфидные концентраты. В общем балансе производства рения в мире на них приходится более 80 %. Остальное в основном приходится на вторичное сырье.

Добыча рения в России

В 1992 году удача улыбнулась геологам - они нашли рений на территории России и не в виде примесей в других минералах, а уникальное единственное известное в мире скопление минерала рения!

Российские учёные решили проверить содержание этого металла в вулканических газах. С помощью специально сконструированных приборов было установлено, что рения там содержится около одного грамма на тонну. А только лишь за одни сутки вулкан выбрасывает в атмосферу около 50 тысяч тонн газов. Это - 20 тонн рения ежегодно. А за сто лет "в трубу" вылетело более 2000 тонн рения, который рассеялся по планете.

Применение рения

Важнейшие свойства рения, определяющие его применение, это: очень высокая температура плавления, устойчивость к химическим реагентам, каталитическая активность (в этом он близок к платиноидам).

В начале 1970-х годов на основе рения был изготовлен катализатор, который способствовал получению ароматических углеводородов. Сегодня сплав никеля с рением, называемый «монокристаллическим», используется для изготовления деталей газовых турбин, поскольку он обладает большой стойкостью к высоким температурам и к перепадам температур. Сплав выдерживает температуру до 1200 С, поэтому в турбине можно поддерживать стабильно высокую температуру, полностью сжигая горючее, так что при этом с выхлопными газами выбрасывается меньше токсичных веществ.

Примерно 75 % всего потребляемого рения уходило в 80-е годы в нефтедобывающую промышленность на производство рениеплатинового катализатора. Подсчитано, что для этой цели сейчас используется около 5 тыс. т платины (содержащей 15 т рения). Поскольку платина и рений очень дороги, эти катализаторы регулярно, через 3-5 лет, подлежат восстановлению для вторичного использования. При этом потери металла не превышают 10 %. Основным поставщиком катализатора является фирма «W.C.Heraeus GmbH & Co. KG». В настоящее время ни одна газовая турбина не делается без использования ренийсодержащего жаропрочного сплава. Для этой цели сейчас расходуется 66 % всего производства рения, или 27 т/год.

Он применяется в электронике и электротехнике (термопары, антикатоды, полупроводники, электронные трубки и т. д.). Особенно широко в этой отрасли промышленности использует рений Япония (65-75% своего потребления).

Рений используется при изготовлении:

платинорениевых катализаторов, применяемых для синтеза высокооктанового компонента бензина, используемого для получения товарного бензина, не требуещего добавки тетраэтилсвинца.
вольфрам-рениевых термопар, позволяющих измерять температуры до 2200 °C
сплавов с вольфрамом и молибденом. Добавка рения повышает одновременно и прочность и пластичность этих металлов.
нитей накала в масс-спектрометрах и ионных манометрах.
реактивных двигателей. В частности, монокристаллические никелевые ренийсодержащие сплавы, обладающие повышенной жаропрочностью, используются для изготовления лопаток газотурбинных двигателей.

Кроме того, из рения делают самоочищающиеся электрические контакты. При замыкании и разрыве цепи всегда происходит электрический разряд, в результате чего металл контакта окисляется. Точно также окисляется и рений, но его оксид Re 2 O 7 летуч при относительно низких температурах (температура кипения - всего 362,4 °C) и поэтому при разрядах он испаряется с поверхности контакта. Поэтому рениевые контакты служат очень долго.

Биологическая роль рения

Маловероятно, что рений участвует в биохимических процессах. Вообще о воздействии рения на живые организмы известно очень мало, не изучена его токсичность, поэтому при работе с его соединениями следует быть осторожным.